JP2020013918A - 基板の周縁部を研磨するための研磨装置および研磨方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ウェーハなどの基板の周縁部の研磨終点を正確に検出することができる研磨装置を提供する。【解決手段】研磨装置は、研磨具４２を基板保持面３７上の基板Ｗの周縁部に押し付ける研磨ヘッド３４を備える。研磨ヘッド３４は、研磨具４２を基板Ｗの周縁部に押し付ける押圧部材４４と、研磨具４２と基板Ｗの周縁部との摩擦抵抗に起因して押圧部材４４に作用するせん断力Ｆを検出するせん断力検出センサ７０を備える。せん断力検出センサ７０は、せん断力Ｆの大きさを示す指標値を出力するように構成される。動作制御部８０は、指標値がしきい値に達した時点である研磨終点を決定するためのプログラムを記憶した記憶装置１１０と、プログラムを実行するための処理装置１２０を備えている。【選択図】図６

Description

本発明は、ウェーハなどの基板の周縁部を研磨する装置および方法に関し、特に基板の周縁部の研磨終点を検出する技術に関する。
半導体デバイス製造の過程において、ウェーハの周縁部には種々の膜が形成される。これらの膜は、パーティクルの原因となりうるので、膜を周縁部から除去する必要がある。そこで、研磨テープなどの研磨具を備えた研磨装置を用いて、ウェーハの周縁部を研磨し、該周縁部から膜を除去する。この研磨装置は、ウェーハをその軸心を中心に回転させながら、研磨具をウェーハの周縁部に押し付けることにより、該周縁部を研磨するように構成される。
ウェーハの周縁部の研磨は、周縁部から膜が除去されたときに終了される。しかしながら、周縁部から膜が除去された時点を正確に検出することは実用上難しい。そこで、従来の技術では、ウェーハの周縁部の研磨は、予め設定された時間が経過した時点で終了される。研磨された周縁部上に膜の残渣がある場合は、追加研磨が行われる。
特開２００４−２４１４３４号公報
しかしながら、ウェーハの周縁部から膜を除去するのに必要な時間は、膜および研磨具の状態、ウェーハの研磨される場所、その他の要因によって変わりうる。このため、予め設定された時間が経過した時点では、まだ膜がウェーハ上に残っていることがある。このような研磨不足を防止するために研磨時間を長くすると、ウェーハ１枚当たりの研磨に使用される消耗品のコストが上昇する。さらに、研磨時間を長くすると、ウェーハの周縁部が過研磨されることもありうる。
そこで、本発明は、ウェーハなどの基板の周縁部の研磨終点を正確に検出することができる研磨装置および研磨方法を提供することを目的とする。
一態様では、基板の周縁部を研磨するための研磨装置であって、基板を保持する基板保持面を有し、該基板保持面を回転させる基板保持部と、研磨具を前記基板保持面上の前記基板の周縁部に押し付ける研磨ヘッドと、前記基板保持部および前記研磨ヘッドの動作を制御する動作制御部とを備え、前記研磨ヘッドは、前記研磨具を前記基板の周縁部に押し付ける押圧部材と、前記研磨具と前記基板の周縁部との摩擦抵抗に起因して前記押圧部材に作用するせん断力を検出するせん断力検出センサを備え、前記せん断力検出センサは、前記せん断力の大きさを示す指標値を出力するように構成され、前記動作制御部は、前記指標値がしきい値に達した時点である研磨終点を決定するためのプログラムを記憶した記憶装置と、前記プログラムを実行するための処理装置を備えている、研磨装置が提供される。
一態様では、前記せん断力検出センサは、カーボンマイクロコイルを有するセンサ素子を備えた触覚センサであり、前記センサ素子は前記押圧部材に固定されている。
一態様では、前記センサ素子は、弾性樹脂ブロックをさらに有しており、前記カーボンマイクロコイルは前記弾性樹脂ブロック内に配置されている。
一態様では、前記研磨ヘッドは、前記研磨具の裏側を支持し、前記研磨具を前記基板の周縁部に押し付ける研磨具押圧面を有し、前記研磨具押圧面の少なくとも一部は、前記センサ素子から構成されている。
一態様では、前記せん断力検出センサは、前記押圧部材の裏側に連結されたロードセルである。
一態様では、基板の周縁部を研磨するための研磨方法であって、基板を基板保持面上に保持し、前記基板保持面を前記基板とともに回転させ、研磨ヘッドの押圧部材で研磨具を前記基板の周縁部に押し付けて該周縁部を研磨し、前記基板の周縁部の研磨中に、前記研磨具と前記基板の周縁部との摩擦抵抗に起因して前記押圧部材に作用するせん断力をせん断力検出センサで検出し、前記せん断力の大きさを示す指標値がしきい値に達した時点である研磨終点を決定し、前記研磨終点に基づいて、前記基板の周縁部の研磨を終了することを特徴とする、研磨方法が提供される。
一態様では、前記せん断力検出センサは、カーボンマイクロコイルを有するセンサ素子を備えた触覚センサであり、前記センサ素子は前記押圧部材に固定されている。
一態様では、前記センサ素子は、弾性樹脂ブロックをさらに有しており、前記カーボンマイクロコイルは前記弾性樹脂ブロック内に配置されている。
一態様では、前記研磨ヘッドは、前記研磨具の裏側を支持し、前記研磨具を前記基板の周縁部に押し付ける研磨具押圧面を有し、前記研磨具押圧面の少なくとも一部は、前記センサ素子から構成されている。
一態様では、前記せん断力検出センサは、前記押圧部材の裏側に連結されたロードセルである。
基板の周縁部上の膜が研磨具によって除去されると、下地層が露出する。膜と研磨具との摩擦抵抗は、下地層と研磨具との摩擦抵抗とは異なる。摩擦抵抗は、押圧部材にせん断力として作用する。基板の研磨の結果として下地層が露出すると、せん断力が変化する。したがって、本発明によれば、せん断力の変化に基づいて研磨終点を正確に検出することができる。
図１（ａ）および図１（ｂ）は、基板の周縁部を示す拡大断面図である。 基板の一例であるウェーハの周縁部を研磨するための研磨装置を示す模式図である。 図２に示す研磨装置の上面図である。 研磨ヘッドが上下に傾動する様子を説明する図である。 図２に示す研磨ヘッドの拡大図である。 図５に示すせん断力検出センサを示す斜視図である。 せん断力検出センサの他の実施形態を示す斜視図である。 せん断力の指標値が周期的に変動する様子を示すグラフである。 動作制御部の構成を示す模式図である。 最適な研磨レシピの設定に使用することができるコンピューティングシステムの模式図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１（ａ）および図１（ｂ）は、基板の周縁部を示す拡大断面図である。より詳しくは、図１（ａ）はいわゆるストレート型の基板の断面図であり、図１（ｂ）はいわゆるラウンド型の基板の断面図である。基板の例としては、ウェーハが挙げられる。基板の周縁部は、ベベル部、トップエッジ部、およびボトムエッジ部を含む領域として定義される。図１（ａ）のウェーハＷにおいて、ベベル部は、上側傾斜部（上側ベベル部）Ｐ、下側傾斜部（下側ベベル部）Ｑ、および側部（アペックス）Ｒから構成されるウェーハＷの最外周面（符号Ｓで示す）である。図１（ｂ）のウェーハＷにおいては、ベベル部は、ウェーハＷの最外周面を構成する、湾曲した断面を有する部分（符号Ｓで示す）である。トップエッジ部は、ベベル部Ｓよりも半径方向内側に位置する環状の平坦部Ｔ１である。ボトムエッジ部は、トップエッジ部とは反対側に位置し、ベベル部Ｓよりも半径方向内側に位置する環状の平坦部Ｔ２である。トップエッジ部Ｔ１およびボトムエッジ部Ｔ２は、ベベル部Ｓに接続されている。トップエッジ部Ｔ１は、デバイスが形成された領域を含むこともある。
図２は、基板の一例であるウェーハの周縁部を研磨するための研磨装置を示す模式図である。この研磨装置は、基板の一例であるウェーハＷを保持して回転させる基板保持部３２と、基板保持部３２に保持されているウェーハＷの周縁部に研磨具としての研磨テープ４２を押し付ける研磨ヘッド３４とを備えている。基板保持部３２は、ウェーハＷを真空吸着により保持する基板保持面３７と、基板保持面３７を回転させるステージモータ３９と、基板保持面３７およびステージモータ３９を平行移動させるＸＹ移動装置３８を備えている。ＸＹ移動装置３８は、基板保持面３７およびステージモータ３９をＸ方向に移動させるボールねじ機構およびサーボモータの組み合わせ（図示せず）と、基板保持面３７およびステージモータ３９をＸ方向と垂直なＹ方向に移動させるボールねじ機構およびサーボモータの組み合わせ（図示せず）を備えている。Ｘ方向およびＹ方向は、基板保持面３７と平行である。
ウェーハＷはその裏面が下向きの状態で、図示しない搬送装置により基板保持面３７上に載置される。基板保持面３７には溝３７ａが形成されており、この溝３７ａは真空ライン４０に連通している。真空ライン４０は図示しない真空源（例えば真空ポンプ）に接続されている。真空ライン４０を通じて基板保持面３７の溝３７ａに真空が形成されると、ウェーハＷは真空吸引により基板保持面３７上に保持される。この状態でステージモータ３９は基板保持面３７を回転させ、ウェーハＷをその軸線を中心に回転させる。基板保持面３７の直径はウェーハＷの直径よりも小さく、ウェーハＷの裏面の中心側領域は基板保持面３７によって保持される。ウェーハＷの周縁部の全体は、基板保持面３７から外側にはみ出している。
研磨ヘッド３４は、基板保持面３７に隣接して配置されている。より具体的には、研磨ヘッド３４は、基板保持面３７上のウェーハＷの周縁部に対向して配置されている。研磨ヘッド３４は、研磨具としての研磨テープ４２を支持する複数のガイドローラー４３と、研磨テープ４２をウェーハＷの周縁部に押し付ける押圧部材（例えば、押圧パッド）４４と、押圧部材４４に押圧力を付与するアクチュエータとしてのエアシリンダ４５とを備えている。
エアシリンダ４５は、押圧部材４４に連結されており、押圧部材４４を基板保持面３７に向かって移動させるように構成されている。エアシリンダ４５は押圧部材４４に押圧力を与え、これにより押圧部材４４は、研磨テープ４２をウェーハＷの周縁部に押し付ける。なお、研磨具として、研磨テープ４２に代えて砥石を用いてもよい。
研磨ヘッド３４には、研磨テープ４２をテープ送り機構５０が設けられている。研磨テープ４２の一端は巻き出しリール５１に接続され、他端は巻き取りリール５２に接続されている。テープ送り機構５０は、研磨テープ４２を巻き出しリール５１から研磨ヘッド３４を経由して巻き取りリール５２に所定の速度で送るように構成されている。使用される研磨テープ４２の例としては、表面に砥粒が固定されたテープ、または硬質の不織布からなるテープなどが挙げられる。
基板保持面３７に保持されたウェーハＷの上方および下方には、ウェーハＷに純水を供給する純水供給ノズル５７，５８が配置されている。純水供給ノズル５７は、基板保持面３７の中心の上方に配置されている。回転するウェーハＷの上面に供給された純水は、遠心力によりウェーハＷの上面の全体に広がり、ウェーハＷの上面全体を覆う。したがって、純水は、ウェーハＷの周縁部の研磨中にウェーハＷの上面にパーティクルが付着することを防止することができる。純水供給ノズル５８は、ウェーハＷの下面に純水を供給し、径方向外側に向かう純水の流れを形成する。純水供給ノズル５７，５８には、流量制御弁６０，６１がそれぞれ接続されている。これら流量制御弁６０，６１は、純水供給ノズル５７，５８を流れる純水の流量を制御するように構成されている。
図３は、図２に示す研磨装置の上面図である。研磨ヘッド３４は、クランクアーム５５に保持されている。より具体的には、クランクアーム５５の一端は研磨ヘッド３４に固定されており、クランクアーム５５の他端はサーボモータ５６に連結されている。クランクアーム５５は全体として基板保持面３７と平行である。サーボモータ５６は、クランクアーム５５を時計回りおよび反時計回りに所定の角度だけ交互に回転させると、図４に示すように、研磨ヘッド３４の全体が上下に傾動する。
ウェーハＷの周縁部は次のようにして研磨される。基板保持面３７に保持されたウェーハＷは、その軸線を中心としてステージモータ３９により回転される。回転するウェーハＷの上面および下面に液体供給ノズル５７，５８から純水が供給される。研磨ヘッド３４は研磨テープ４２をウェーハＷの周縁部に押し付けながら、図４に示すように、上下に傾動する。研磨テープ４２は、純水の存在下で、回転するウェーハＷの周縁部に摺接し、これにより周縁部を研磨する。
図５は図２に示す研磨ヘッド３４の拡大図である。図５に示すように、研磨ヘッド３４は、研磨テープ４２の研磨面をウェーハＷの周縁部に押し付けるための押圧部材４４と、この押圧部材４４を基板保持部３２の基板保持面３７に向かって（すなわち、ウェーハＷの周縁部に向かって）移動させるアクチュエータとしてのエアシリンダ４５とを備えている。押圧部材４４およびエアシリンダ４５は、研磨テープ４２の裏側に配置されている。エアシリンダ４５へ供給する気体の圧力を制御することによって、ウェーハＷに加えられる押圧力（すなわち研磨荷重）が調整される。
研磨ヘッド３４には、研磨テープ４２をその長手方向に送るテープ送り機構５０が取り付けられている。本実施形態では、テープ送り機構５０は研磨ヘッド３４に固定されているが、一実施形態ではテープ送り機構５０は研磨ヘッド３４から離れた位置に設けられてもよい。
テープ送り機構５０は、テープ送りローラ５０ａと、ニップローラ５０ｂと、テープ送りローラ５０ａを回転させるモータ５０ｃとを備えている。モータ５０ｃは研磨ヘッド３４の側面に設けられ、モータ５０ｃの回転軸にテープ送りローラ５０ａが取り付けられている。ニップローラ５０ｂはテープ送りローラ５０ａに隣接して配置されている。ニップローラ５０ｂは、図５の矢印ＮＦで示す方向（テープ送りローラ５０ａに向かう方向）に力を発生するように図示しない機構で支持されており、テープ送りローラ５０ａを押圧するように構成されている。
モータ５０ｃが図５に示す矢印方向に回転すると、テープ送りローラ５０ａが回転して研磨テープ４２を巻き出しリール５１から研磨ヘッド３４を経由して巻き取りリール５２へ送る。ニップローラ５０ｂはそれ自身の軸まわりに回転することができるように構成されている。ウェーハＷの研磨中、テープ送り機構５０は、研磨テープ４２をその長手方向に所定の速度（例えば、１分当たり数ｍｍ〜数十ｍｍ）で送る。研磨ヘッド３４は複数のガイドローラー４３を有している。これらのガイドローラー４３は、ウェーハＷの接線方向と直交する方向に研磨テープ４２が進行するように研磨テープ４２をガイドする。
ウェーハＷの研磨中、研磨テープ４２と、回転するウェーハＷの周縁部との間には摩擦抵抗が発生する。押圧部材４４はエアシリンダ４５に保持されているので、この摩擦抵抗は、横方向のせん断力として押圧部材４４に作用する。エアシリンダ４５が押圧部材４４に付与する押圧力が一定であるとき、研磨テープ４２とウェーハＷの周縁部との間の摩擦抵抗は、ウェーハＷの周縁部の表面を構成する物質によって変わりうる。例えば、ウェーハＷの周縁部の表面を構成する酸化膜が研磨テープ４２によって除去されて、下地層であるシリコン層が露出すると、摩擦抵抗が変化する。したがって、酸化膜が除去された時点を摩擦抵抗の変化から決定することができる。
研磨ヘッド３４は、研磨テープ４２とウェーハＷの周縁部との摩擦抵抗に起因して押圧部材４４に作用するせん断力を検出するせん断力検出センサ７０を備えている。せん断力検出センサ７０は、カーボンマイクロコイル（ＣＭＣ）を有するセンサ素子７１を備えた触覚センサである。より具体的には、せん断力検出センサ７０は、押圧部材４４の前側に固定されたセンサ素子７１と、センサ素子７１に電気的に接続された電気回路７２とを備えている。
研磨ヘッド３４は、研磨具である研磨テープ４２の裏側を支持し、研磨テープ４２をウェーハＷの周縁部に押し付ける研磨具押圧面４６を有する。本実施形態では、研磨テープ４２の裏側はセンサ素子７１によって支持されており、センサ素子７１によってウェーハＷの周縁部に押し付けられる。したがって、研磨具押圧面４６の全体は、センサ素子７１から構成されている。一実施形態では、研磨具押圧面４６の一部がセンサ素子７１から構成されて、他の部分は押圧部材４４から構成されてもよい。他の実施形態では、センサ素子７１は、押圧部材４４内に埋設されてもよいし、または押圧部材４４の裏側に固定されてもよい。この場合は、研磨具押圧面４６は押圧部材４４から構成される。
図６は、図５に示すせん断力検出センサ７０を示す斜視図である。センサ素子７１は、弾性樹脂ブロック７１ａを有しており、カーボンマイクロコイル（図示せず）は弾性樹脂ブロック７１ａ内に配置されている。より具体的には、カーボンマイクロコイルは弾性樹脂ブロック７１ａ内に均一に分散している。一実施形態では、弾性樹脂ブロック７１ａは、シリコーンブロックから構成されている。
ウェーハＷの研磨中、研磨テープ４２と、回転するウェーハＷの周縁部との摩擦抵抗に起因して、せん断力Ｆが押圧部材４４に作用する。このせん断力Ｆの方向は、研磨テープ４２とウェーハＷの周縁部との接触点におけるウェーハＷの接線方向に一致し、かつ、基板保持面３７および研磨具押圧面４６と平行である。
カーボンマイクロコイルが内部に配置されたセンサ素子７１の電気的性質は、センサ素子７１に加えられる外力に応じて変化する。具体的には、外力がセンサ素子７１に加えられると、センサ素子７１のインピーダンスが変化する。電気回路７２は、センサ素子７１に交流電圧を印加し、センサ素子７１のインピーダンスを検出し、インピーダンスを直接または間接に示す数値を出力する。この数値は、センサ素子７１に加えられた外力の大きさに応じて変化する。したがって、せん断力検出センサ７０は、せん断力Ｆの大きさを直接または間接に示す数値である指標値を出力するように構成されている。
ウェーハＷの周縁部の研磨中は、エアシリンダ４５は、一定の押圧力Ｅを押圧部材４４に加え、これにより押圧部材４４は一定の押圧力Ｅで研磨テープ４２をウェーハＷの周縁部に対して押し付ける。このとき、研磨テープ４２とウェーハＷの周縁部との摩擦抵抗に起因して、せん断力Ｆが押圧部材４４およびセンサ素子７１に作用する。押圧力Ｅとせん断力Ｆは互いに垂直である。せん断力検出センサ７０は、押圧力Ｅとせん断力Ｆとの合力を検出する。ウェーハＷの周縁部の研磨の結果として上記摩擦抵抗が変化すると、せん断力Ｆは変化する一方で、押圧力Ｅは一定のままである。したがって、せん断力検出センサ７０から出力されるせん断力Ｆの指標値は、上記摩擦抵抗の変化に伴って変化する。
センサ素子７１は押圧部材４４と一体であり、研磨点（研磨テープ４２とウェーハＷの周縁部との接触点）のすぐ裏側に配置されている。したがって、せん断力検出センサ７０は、研磨点に発生するせん断力Ｆを直接に検出することができる。すなわち、せん断力検出センサ７０は、ウェーハＷの周縁部の表面状態の変化を速やかにかつ正確に検出することができる。
図６に示すように、せん断力検出センサ７０の電気回路７２は、動作制御部８０に電気的に接続されており、せん断力検出センサ７０から出力されたせん断力Ｆの指標値は、信号の形態で動作制御部８０に送られる。動作制御部８０は、指標値がしきい値に達した時点である研磨終点を決定するように構成されている。より具体的には、動作制御部８０は、指標値がしきい値に達した時点である研磨終点を決定するためのプログラムを記憶した記憶装置１１０と、前記プログラムを実行するための処理装置１２０を備えている。動作制御部８０は、専用のコンピュータまたは汎用のコンピュータから構成されている。
動作制御部８０は、指標値がしきい値に達した時点である研磨終点に基づいて、研磨動作を終了させる。具体的には、動作制御部８０は、研磨ヘッド３４に指令を発して研磨動作を停止させ、さらに基板保持部３２のステージモータ３９を停止させる。これにより、ウェーハＷの周縁部の研磨が終了される。
図７は、せん断力検出センサ７０の他の実施形態を示す斜視図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図６に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、せん断力検出センサ７０は、押圧部材４４の裏側に連結されたロードセル７５を備えている。図６に示す電気回路７２は設けられていない。ロードセル７５は、エアシリンダ４５と押圧部材４４の間に配置されている。ロードセル７５は、押圧部材４４の裏側に固定され、ロードセル７５はエアシリンダ４５に連結されている。本実施形態は、研磨具押圧面４６は押圧部材４４から構成される。
エアシリンダ４５によって発生される押圧力Ｅは、ロードセル７５を通じて押圧部材４４に伝えられる。本実施形態では、ロードセル７５は、互いに垂直な押圧力Ｅとせん断力Ｆを別々に検出することができる２軸型ロードセルである。一実施形態では、ロードセルは、せん断力Ｆのみを検出することができる１軸型ロードセルであってもよい。
ロードセル７５は、検出されたせん断力Ｆの大きさを直接または間接に示す指標値を出力する。ロードセル７５は動作制御部８０に電気的に接続されており、せん断力検出センサ７０から出力されたせん断力Ｆの指標値は、信号の形態で動作制御部８０に送られる。動作制御部８０は、指標値がしきい値に達した時点である研磨終点を決定する。
本実施形態によれば、ロードセル７５は、研磨点（研磨テープ４２とウェーハＷの周縁部との接触点）のすぐ裏側に配置されているので、せん断力Ｆを直接に検出することができる。すなわち、せん断力検出センサ７０は、ウェーハＷの周縁部の表面状態の変化を速やかにかつ正確に検出することができる。
図６および図７に示すせん断力検出センサ７０は、研磨テープ４２と、回転するウェーハＷの周縁部との摩擦抵抗に応じて変化するせん断力Ｆの指標値を出力する。ウェーハＷの中心が基板保持面３７の中心からずれていると、図８に示すように、せん断力Ｆの指標値は周期的に変動する。そこで、動作制御部８０は、せん断力検出センサ７０から送られた指標値の周期的な変化を検出し、前記周期的な変化に基づいて、ウェーハＷの中心の基板保持面３７の中心からの偏心量および偏心方向を算出し、次のウェーハが研磨される前に、ＸＹ移動装置３８を操作して前記偏心量をなくす方向に基板保持面３７を移動させるように構成される。
偏心量は、せん断力検出センサ７０から送られたせん断力Ｆの指標値の周期的な変化の振幅から算出することができる。偏心方向は、周期的に変化する指標値のピークに対応する基板保持面３７の回転角度から算出することができる。基板保持面３７の回転角度は、ステージモータ３９に取り付けられたロータリーエンコーダ（図示せず）から得ることができる。
上述したように、ＸＹ移動装置３８は、基板保持面３７およびステージモータ３９を、互いに垂直なＸ方向およびＹ方向に移動するように構成されている。動作制御部８０は、ＸＹ移動装置３８に指令を発して、算出された偏心量をなくす方向に基板保持面３７およびステージモータ３９を移動させる。このような動作により、次のウェーハは、図示しない搬送装置によって、ウェーハの中心が基板保持面３７の中心に一致するように、基板保持面３７上に載置される。結果として、ウェーハの周縁部の均一な研磨が達成される。
研磨ヘッド３４および基板保持部３２を含む研磨装置の動作は、動作制御部８０によって制御される。本実施形態では、動作制御部８０は、専用のコンピュータまたは汎用のコンピュータから構成される。図９は、動作制御部８０の構成を示す模式図である。動作制御部８０は、プログラムやデータなどが格納される記憶装置１１０と、記憶装置１１０に格納されているプログラムに従って演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）などの処理装置１２０と、データ、プログラム、および各種情報を記憶装置１１０に入力するための入力装置１３０と、処理結果や処理されたデータを出力するための出力装置１４０と、インターネットなどのネットワークに接続するための通信装置１５０を備えている。
記憶装置１１０は、処理装置１２０がアクセス可能な主記憶装置１１１と、データおよびプログラムを格納する補助記憶装置１１２を備えている。主記憶装置１１１は、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）であり、補助記憶装置１１２は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）またはソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などのストレージ装置である。
入力装置１３０は、キーボード、マウスを備えており、さらに、記録媒体からデータを読み込むための記録媒体読み込み装置１３２と、記録媒体が接続される記録媒体ポート１３４を備えている。記録媒体は、非一時的な有形物であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、光ディスク（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ）や、半導体メモリー（例えば、ＵＳＢフラッシュドライブ、メモリーカード）である。記録媒体読み込み装置１３２の例としては、ＣＤドライブ、ＤＶＤドライブなどの光学ドライブや、カードリーダーが挙げられる。記録媒体ポート１３４の例としては、ＵＳＢ端子が挙げられる。記録媒体に電気的に格納されているプログラムおよび／またはデータは、入力装置１３０を介して動作制御部８０に導入され、記憶装置１１０の補助記憶装置１１２に格納される。出力装置１４０は、ディスプレイ装置１４１、印刷装置１４２を備えている。
動作制御部８０は、記憶装置１１０に電気的に格納されたプログラムに従って動作する。すなわち、動作制御部８０は、せん断力検出センサ７０で検出されたせん断力の大きさを示す指標値がしきい値に達した時点であるウェーハＷの研磨終点を決定する。プログラムは、非一時的な有形物であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録され、記録媒体を介して動作制御部８０に提供される。または、プログラムは、インターネットなどの通信ネットワークを介して動作制御部８０に提供されてもよい。
図２に示す研磨装置は、動作制御部８０に格納されている研磨レシピに従って動作する。研磨レシピは、ウェーハの周縁部を研磨するときの研磨装置の動作条件（研磨条件ともいう）を表した動作指令である。一例では、研磨レシピは、エアシリンダ４５の押圧力、ウェーハの回転速度、純水供給ノズル５７，５８からウェーハに供給される純水の流量、研磨テープ４２の送り速度の具体的な指令値を含む。
一実施形態では、最適な研磨レシピの設定に使用することができるコンピューティングシステムが提供される。図１０は、そのコンピューティングシステムを示す概略図である。図１０に示すように、コンピューティングシステムは、各研磨装置２００内にある複数の研磨ヘッド、複数の研磨装置２００およびウェーハ検査装置（基板検査装置）２０１にネットワーク２０２によって接続されたサーバ２０５を備えている。サーバ２０５は、汎用のコンピュータまたは専用のコンピュータから構成されている。サーバ２０５は、研磨装置２００が配置された工場内に設置されてもよいし、またはインターネットなどのネットワーク２０２によって接続された、いわゆるクラウドサーバであってもよい。
複数の研磨装置２００のそれぞれは、図２に示す研磨ヘッド３４を複数備えた研磨装置である。すなわち、複数の研磨装置２００のそれぞれは、押圧部材４４で研磨テープ４２をウェーハの周縁部に押し付けることで、該周縁部を研磨するように構成されている。本実施形態では、ウェーハ検査装置（基板検査装置）２０１は、ウェーハ（基板）の表面上に存在するパーティクルの数を計数するパーティクルカウンタである。
研磨装置２００で研磨されたウェーハは、図示しない搬送装置によってウェーハ検査装置２０１に搬送される。ウェーハ検査装置２０１は、周縁部が研磨されたウェーハの表面上のパーティクルの数を計数し、パーティクルの数をネットワーク２０２を経由してサーバ２０５に送る。研磨装置２００は、そのウェーハを研磨しているときに上述したせん断力検出センサ７０から出力されたせん断力の指標値と、研磨レシピに含まれる上記指令値（ウェーハの回転速度など）、および各センサー、モータなどから出力された情報等からなる研磨データをネットワーク２０２を経由してサーバ２０５に送る。１枚または所定枚数のウェーハが研磨されるたびに、ウェーハ検査装置２０１は研磨されたウェーハ上のパーティクルの数を計数し、パーティクルの数をサーバ２０５に送る。同様に、１枚または所定枚数のウェーハが研磨されるたびに、研磨装置２００は、せん断力の指標値および研磨レシピに含まれる指令値からなる研磨データをサーバ２０５に送る。
サーバ２０５は、パーティクルの数と、研磨データを受け取るたびに、パーティクルの数と、対応する研磨データの組みからなる学習データを記憶する。サーバ２０５は、学習データを用いて機械学習を行い、せん断力の指標値および研磨レシピに含まれる指令値からなるパラメータから、パーティクルの予測数を算出するためのモデルを構築する。機械学習の例としては、ニューラルネットワーク、ディープラーニングなどが挙げられる。学習データは、ウェーハの研磨が実行されるために累積的に増加する。そこで、サーバ２０５は、定期的または不定期的に学習データを用いて機械学習を行い、モデルを更新する。ユーザーは、構築されたモデルを用いて、パーティクルの予測数を小さくすることができるパラメータを探索することができる。
一実施形態では、パーティクルの数に代えて、１枚のウェーハから得られるチップの数を学習データに含ませてもよい。この場合は、モデルは、１枚のウェーハから得られるチップの予測数を算出するためのモデルである。
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
３２ 基板保持部
３４ 研磨ヘッド
３７ 基板保持面
３８ ＸＹ移動装置
３９ ステージモータ
４０ 真空ライン
４２ 研磨テープ（研磨具）
４３ ガイドローラー
４４ 押圧部材
４５ エアシリンダ
４６ 研磨具押圧面
５０ テープ送り機構
５１ 巻き出しリール
５２ 巻き取りリール
５５ クランクアーム
５６ サーボモータ
５７，５８ 純水供給ノズル
６０，６１ 流量制御弁
７０ せん断力検出センサ
７１ センサ素子
７１ａ 弾性樹脂ブロック
７２ 電気回路
８０ 動作制御部
１１０ 記憶装置
１２０ 処理装置
１３０ 入力装置
１５０ 通信装置
２００ 研磨装置
２０１ ウェーハ検査装置（基板検査装置）
２０２ ネットワーク
２０５ サーバ

Claims (10)

  1. 基板の周縁部を研磨するための研磨装置であって、
    基板を保持する基板保持面を有し、該基板保持面を回転させる基板保持部と、
    研磨具を前記基板保持面上の前記基板の周縁部に押し付ける研磨ヘッドと、
    前記基板保持部および前記研磨ヘッドの動作を制御する動作制御部とを備え、
    前記研磨ヘッドは、
    前記研磨具を前記基板の周縁部に押し付ける押圧部材と、
    前記研磨具と前記基板の周縁部との摩擦抵抗に起因して前記押圧部材に作用するせん断力を検出するせん断力検出センサを備え、
    前記せん断力検出センサは、前記せん断力の大きさを示す指標値を出力するように構成され、
    前記動作制御部は、前記指標値がしきい値に達した時点である研磨終点を決定するためのプログラムを記憶した記憶装置と、前記プログラムを実行するための処理装置を備えている、研磨装置。
  2. 前記せん断力検出センサは、カーボンマイクロコイルを有するセンサ素子を備えた触覚センサであり、前記センサ素子は前記押圧部材に固定されている、請求項１に記載の研磨装置。
  3. 前記センサ素子は、弾性樹脂ブロックをさらに有しており、前記カーボンマイクロコイルは前記弾性樹脂ブロック内に配置されている、請求項２に記載の研磨装置。
  4. 前記研磨ヘッドは、前記研磨具の裏側を支持し、前記研磨具を前記基板の周縁部に押し付ける研磨具押圧面を有し、
    前記研磨具押圧面の少なくとも一部は、前記センサ素子から構成されている、請求項３に記載の研磨装置。
  5. 前記せん断力検出センサは、前記押圧部材の裏側に連結されたロードセルである、請求項１に記載の研磨装置。
  6. 基板の周縁部を研磨するための研磨方法であって、
    基板を基板保持面上に保持し、
    前記基板保持面を前記基板とともに回転させ、
    研磨ヘッドの押圧部材で研磨具を前記基板の周縁部に押し付けて該周縁部を研磨し、
    前記基板の周縁部の研磨中に、前記研磨具と前記基板の周縁部との摩擦抵抗に起因して前記押圧部材に作用するせん断力をせん断力検出センサで検出し、
    前記せん断力の大きさを示す指標値がしきい値に達した時点である研磨終点を決定し、
    前記研磨終点に基づいて、前記基板の周縁部の研磨を終了することを特徴とする、研磨方法。
  7. 前記せん断力検出センサは、カーボンマイクロコイルを有するセンサ素子を備えた触覚センサであり、前記センサ素子は前記押圧部材に固定されている、請求項６に記載の研磨方法。
  8. 前記センサ素子は、弾性樹脂ブロックをさらに有しており、前記カーボンマイクロコイルは前記弾性樹脂ブロック内に配置されている、請求項７に記載の研磨方法。
  9. 前記研磨ヘッドは、前記研磨具の裏側を支持し、前記研磨具を前記基板の周縁部に押し付ける研磨具押圧面を有し、
    前記研磨具押圧面の少なくとも一部は、前記センサ素子から構成されている、請求項８に記載の研磨方法。
  10. 前記せん断力検出センサは、前記押圧部材の裏側に連結されたロードセルである、請求項６に記載の研磨方法。
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